模塊化設(shè)計(jì)方法及其在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

武龍 尚深泉

【摘 ?要】我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，帶來(lái)了機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的新一輪變革。機(jī)械制造企業(yè)如何在新的時(shí)代下取得更高的生產(chǎn)效率，從而獲得更多的生存空間，成為了諸多機(jī)械制造企業(yè)正在研究的重要課題。隨著研究的不斷深入，模塊化設(shè)計(jì)理念被提出并逐漸投入了應(yīng)用，最終取得了不錯(cuò)的效果。因此，研究如何將模塊化設(shè)計(jì)方法更好地應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造中，將成為制造企業(yè)急需解決的重要問(wèn)題之一。

【關(guān)鍵詞】模塊化;機(jī)械設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)方法;方案應(yīng)用

引言：隨著模塊化設(shè)計(jì)方法在實(shí)踐中的不斷應(yīng)用，機(jī)械設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思想得到了很大的改變和提升。傳統(tǒng)的機(jī)械制造方法不能夠適應(yīng)時(shí)代的需求，已然需要被及時(shí)淘汰。如何更好地將模塊化設(shè)計(jì)方法全面地投入機(jī)械設(shè)計(jì)，從而提高機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，是我們目前所需要進(jìn)行探索的問(wèn)題。因此，本文將從對(duì)模塊化概念的分析、對(duì)模塊化設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)的分析、模塊化設(shè)計(jì)在機(jī)械制造中的具體應(yīng)用措施三方面來(lái)進(jìn)行探究說(shuō)明。

一、對(duì)模塊化概念的分析

1.模塊的劃分

對(duì)于模塊化設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，想要合理地分析機(jī)械設(shè)計(jì)方案，就必須先對(duì)制造方案來(lái)進(jìn)行合理的模塊劃分。一方面，各個(gè)模塊要具有一定的靈活性，使之能夠比較方便地來(lái)進(jìn)行組合，同時(shí)也能夠避免組合工作的混亂。另一方面，還要考慮到模塊組合之后所能夠形成的各種形式，增強(qiáng)產(chǎn)品的輻射力度，并使之處于可控的范圍內(nèi)。所以，在進(jìn)行模塊劃分時(shí)，必須先設(shè)計(jì)好各個(gè)模塊的功能以及模塊組合的結(jié)構(gòu)。首先，各個(gè)模塊必須具有各自的作用，其作用必須要能夠相互區(qū)分。其次，模塊的組合結(jié)構(gòu)必須具有條理性，當(dāng)各個(gè)模塊完成拼裝工作后，可以形成一個(gè)完整的獨(dú)立個(gè)體，并且不影響到完整個(gè)體的性能。最后，模塊劃分還要注意劃分?jǐn)?shù)量。如果模塊劃分過(guò)少，會(huì)影響到組合的靈活性。如果模塊劃分過(guò)多，一方面會(huì)導(dǎo)致組合時(shí)的難度加大，容易出現(xiàn)混亂的情況。另一方面，也可能導(dǎo)致模塊的功能受到影響，故障率增加。因此，模塊的劃分必須要依照這些要求，滿足設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的基本功能，保證產(chǎn)品生產(chǎn)的成本合理，確保生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品具有較高的可靠性。而模塊設(shè)計(jì)要滿足這些條件，就必須注重模塊的組合程序。模塊的組合可以采用同功能模塊代替、異功能模塊有機(jī)組合等方式，從而幫助產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)工作提高標(biāo)準(zhǔn)程度。

2.模塊的分層

模塊化設(shè)計(jì)一般需要先經(jīng)過(guò)產(chǎn)品研發(fā)，再進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。在產(chǎn)品的研發(fā)階段，所需的資金成本較高，而設(shè)計(jì)階段相對(duì)而言所需的技術(shù)水平則更高。因此，想要進(jìn)行模塊化的設(shè)計(jì)分析，首先，必須先對(duì)市場(chǎng)行情進(jìn)行充分的調(diào)查研究，了解產(chǎn)品市場(chǎng)大環(huán)境，從而為產(chǎn)品設(shè)計(jì)制定一個(gè)大的方向戰(zhàn)略。然后，依據(jù)市場(chǎng)調(diào)查的結(jié)果，制定相關(guān)的研發(fā)方案，設(shè)置基本的參數(shù)范圍，從而為模塊化設(shè)計(jì)奠定基本的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。當(dāng)數(shù)據(jù)方面的參數(shù)基礎(chǔ)確立之后，在依據(jù)模塊設(shè)計(jì)的基本思想來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析以及模塊劃分，然后在制定產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，依據(jù)設(shè)計(jì)步驟以此生產(chǎn)相關(guān)部件，并分析產(chǎn)品模塊的組合形式，編寫相關(guān)文件。

二、對(duì)模塊化設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)的分析

1.將柔性技術(shù)融入到模塊設(shè)計(jì)生產(chǎn)中

柔性技術(shù)的主要特點(diǎn)是高強(qiáng)度、高靈活性，因此，模塊化設(shè)計(jì)和柔性技術(shù)的相性非常好。模塊化設(shè)計(jì)可以對(duì)柔性技術(shù)的使用奠定堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。當(dāng)進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用一些適用性強(qiáng)的模塊來(lái)解決技術(shù)實(shí)施過(guò)程中所遇到的共同問(wèn)題，當(dāng)遇到一些特殊問(wèn)題是，則可以通過(guò)替換一些特殊性高的模塊來(lái)進(jìn)行組合，幫助進(jìn)行機(jī)床的有效建立工作，從而為柔性技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造更多的可利用條件。就目前來(lái)說(shuō)，我們進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)，主要需要用到機(jī)床來(lái)進(jìn)行操作，只有使用機(jī)床，才能對(duì)產(chǎn)品模塊進(jìn)行合理的生產(chǎn)設(shè)計(jì)。因此，在將柔性技術(shù)融合到模塊設(shè)計(jì)之前，也要確保機(jī)床等硬件設(shè)施的質(zhì)量水平。

2.模塊組合技術(shù)

對(duì)于模塊的組合技術(shù)來(lái)說(shuō)，最為重要的并非是對(duì)于整個(gè)產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)以及模塊零件的組合，而是單體零件的制作工藝，以及對(duì)零件配套設(shè)備的研究。這主要是為了確保模塊零件能夠靈活地在產(chǎn)品中進(jìn)行協(xié)調(diào)分配，從而幫助產(chǎn)品成為一個(gè)性能穩(wěn)定的個(gè)體。模塊的有機(jī)組合另一方面也能夠保證當(dāng)產(chǎn)品發(fā)生故障問(wèn)題時(shí)，能夠及時(shí)地進(jìn)行零件的維修和替換，降低人工維護(hù)成本，提高產(chǎn)品的安全度和可靠性。當(dāng)產(chǎn)品的某一個(gè)模塊出現(xiàn)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)時(shí)，想要及時(shí)地對(duì)模塊進(jìn)行分解和調(diào)試，就必須要保證設(shè)備接口的穩(wěn)定性。在模塊設(shè)計(jì)過(guò)程中，模塊接口設(shè)計(jì)是非常重要的組成部分，一旦模塊接口設(shè)計(jì)的調(diào)試出現(xiàn)了問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致其他的模塊也會(huì)出現(xiàn)異常的參數(shù)，從而導(dǎo)致模塊設(shè)計(jì)組裝出現(xiàn)問(wèn)題。因此，在對(duì)模塊的接口設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)試的過(guò)程中，要注意將各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行集成化管理，從而確保各個(gè)接口參數(shù)得到有效的整合，并獲取一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

3.與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合

將模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，已經(jīng)成為現(xiàn)在的制造人員做好模塊設(shè)計(jì)工作所必須的條件。模塊化設(shè)計(jì)所需的數(shù)據(jù)復(fù)雜且龐大，設(shè)計(jì)人員的工作量也非常繁重，因此，純?nèi)斯げ僮鱽?lái)進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)很容易導(dǎo)致設(shè)計(jì)效率的低下。與人工操作設(shè)計(jì)相比，計(jì)算機(jī)技術(shù)所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)便非常的明顯了。計(jì)算機(jī)操作首先能夠保證操作的準(zhǔn)確性：只要人工輸入了正確的數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)就可以依據(jù)其設(shè)計(jì)好的程序來(lái)進(jìn)行穩(wěn)定的工作。另一方面，計(jì)算機(jī)的工作效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人工，可以大大節(jié)約制造企業(yè)的時(shí)間成本。因此，在進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員通過(guò)程序編寫，制作出的一些系統(tǒng)軟件可以幫助模塊化設(shè)計(jì)工作的高效運(yùn)行。

三、模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)的具體應(yīng)用

1.數(shù)控車床的模塊結(jié)構(gòu)分析

數(shù)控機(jī)床進(jìn)行模塊劃分時(shí)，需要建立獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元，從而保證制造模塊的獨(dú)立性。同時(shí)，各個(gè)機(jī)床模塊的獨(dú)立構(gòu)建，也有利于提高機(jī)床模塊制造構(gòu)建的可替換性和整體構(gòu)造的穩(wěn)定性。因?yàn)楫?dāng)對(duì)機(jī)床組件進(jìn)行模塊化分解時(shí)，其生產(chǎn)部件同樣也可以進(jìn)行模塊化處理。因此，在對(duì)機(jī)床模塊組件模塊化處理的基礎(chǔ)上，要保證不同模塊的部件可以充分地發(fā)揮功能。

2.車床的功能分析

在進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)分析的時(shí)候，要注意分析車床的功能，將車床的功能進(jìn)行模塊化的分解，形成各個(gè)功能單位，從而方便對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的總功能進(jìn)行分析。想要分析好機(jī)床的總功能，就必須分析好模塊結(jié)構(gòu)和用戶需求，不同的用戶對(duì)于機(jī)床總功能的需求不同，那么其組成模塊也必須存在一定差異。

3.車床的具體模塊規(guī)劃

在進(jìn)行對(duì)車床的模塊規(guī)劃的工作中，要確定好機(jī)床的總功能定位，再依據(jù)總功能來(lái)進(jìn)行合理的分析，分化出各個(gè)子功能，并處理好子功能和總功能之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)兩者之間的有機(jī)結(jié)合。一些關(guān)鍵的模塊可以保證車床的一些重要功能的有效實(shí)現(xiàn)，其他的輔助模塊也可以通過(guò)組合的方式，來(lái)對(duì)關(guān)鍵功能的穩(wěn)定運(yùn)行增添助力，從而保證車床能夠通過(guò)模塊化處理方式而具有更為靈活多變的性能。同時(shí)，車床設(shè)計(jì)的模塊化分析還要注意考慮到車床的模塊結(jié)構(gòu)和形態(tài)，將車床結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)地分解，保證車床各項(xiàng)功能的總體穩(wěn)定。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，要實(shí)現(xiàn)模塊設(shè)計(jì)方法在機(jī)械設(shè)計(jì)工程中的合理運(yùn)用，就必須先要從貫徹模塊化設(shè)計(jì)的核心思想出發(fā)，了解模塊設(shè)計(jì)過(guò)程中所需要的各種技術(shù)方法，并從部件模塊化和車床模塊化兩方面入手，提高模塊設(shè)計(jì)的靈活性和變化性，并保證其設(shè)計(jì)產(chǎn)品總體性能的相對(duì)穩(wěn)定。

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作者簡(jiǎn)介：

武龍（1991年生），男，江蘇省徐州市人，工作：保定長(zhǎng)城汽車股份有限公司-動(dòng)力研究院-發(fā)動(dòng)機(jī)試制工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)戒設(shè)計(jì)及自動(dòng)化

尚深泉，（1985年生）男 ?河北省保定市人，工作：保定長(zhǎng)城汽車股份有限公司-動(dòng)力研究院-發(fā)動(dòng)機(jī)試制工程師，研究方向?yàn)榱悴考ǜ咨w，缸體，各種零部件，）的研發(fā)試制工作

（作者單位：1上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院;2邯鄲職業(yè)技術(shù)學(xué)院）